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A critical analysis of Shuryak’s Predictive Radiocarcinogenesis Model
(2024) Heumann Schröder, Nicolás Matthias; Sánchez Nieto, Beatriz; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Objective: To critically analyze, simplify and implement a predictive radiocarcinogenesis model to estimate the risk of secondary cancer after RT which can effectively compare different radiotherapy treatment plans with the aim of having an additional element of information during the decision-making process for the best RT plan.Methodology: A Python software was developed that was able to implement the model proposed by Shuryak et al. (2009). Simplifications and minor corrections were made which allowed for more compactness and more efficient run times. The model was then reparametrized with newer data from the Surveillance, Epidemiology, and End Results Program (SEER) database and several epidemiological studies using Bayesian Inference. Uncertainty propagation studies were then conducted to understand their propagation better. Finally, the model with its new parameters was applied to a selection of prostate plans to determine if it could construct a risk hierarchy.Results: The model was successfully reparametrized with newer data. Although some parameters show significant deviation from Shuryak’s original parameters, they are mostly on the same order of magnitude, and the differences arise likely due to differences in fitted data and the fitting process itself. Shuryak’s model successfully built a risk hierarchy between prostate plans, although it deviated from the more simplistic linear non-threshold BEIR VII model. It was also possible to simplify some complex mathematical equations, both in general and for particular cases, allowing for easier implementation and more efficient run times.Conclusions: Shuryak’s model was successfully reparametrized and implemented, showing potential to become clinically applicable. However, more comparisons between the model’s result and epidemiological data must be made to evaluate its accuracy better, and more concise and complete second primary cancer studies must be used before the model is reliable enough for clinical decision-making.
A dynamic nonlinear coupled differential equations model of tumor growth and response to radiotherapy
(2018) Ortiz Guzmán, Valentina; Gago Arias, Araceli; Espinoza Bornscheuer, Ignacio Guillermo; Karger, Christian; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
A Predictive Simulation Chain for DNA Damage and Cell Death Induced By Ionizing Radiation
(2023) Salgado Maldonado, Sebastián Ignacio; Russomando, Andrea; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Proton therapy is an effective form of cancer treatment that uses proton beams in the MeV range to destroy cancer cells. However, the protons' efficiency at killing cells varies as the beam penetrates tissue, thus, their biologically effective range presents a significant challenge in predicting the effects of proton irradiation. In this work, the development of a novel methodology in the determination the biological effect of protons through Monte Carlo (MC) beam transport and DNA damage simulations in combination with mechanistic cellular survival modeling is presented. The simulations show that the DNA damage generation and subsequent cell killing is affected by the evolution of the proton beam as it penetrates tissue without recurring to a definition of relative biological effectiveness (RBE). This also shows that a fixed RBE of 1.1 such as the one used in the clinics today may not be enough to predict the biological effect. Furthermore, the proton killing probability shift with respect to their deposited dose, i.e., the biological penumbrae, is estimated employing this framework. The methodology is also tested in various conditions, i.e., different mechanistic model parametrizations, considering proton beam fragmentation, and accounting for changes related to the cell cycle. Results suggest that this framework can provide insight into the biological effects of proton therapy and improve the accuracy of treatment planning. This study contributes to the field of radiobiology by providing a method to reliably simulate the biological response of living tissues to proton radiation, making us able to potentially answer important questions such as the proton biological range uncertainty, the effects of cell phase upon its survival probability, the contribution of heavier ion fragmentation to the DNA damage, among many others presented in this thesis.
A study of the vascular effect of photodynamic therapy with oxygen variation on chorioallantoic membrane model
(2022) Aizpuru Vargas, Luis Lauro; Buzzá, Hilde Harb; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Chicken chorioallantoic membrane (CAM) assays have been proven to be very effective models to study the impact of chemical and biological agents on its vascular network. The study of pharmaceutical drugs, xenografts and photosensitizers on these assays are current areas of research. In particular, the use of photodynamic therapy (PDT) has been shown to induce a significant decrease in both the diameter and number of blood vessel ramifications of the CAM. Given that molecular oxygen is so important for the effectiveness of this therapy, it opens the possibility of testing bio-compatible photosynthetic microalgae capable of locally producing oxygen. Even though there is ample evidence of the use of bio-compatible microalgae in scaffolds for wound recovery, there is little to no research done on the combination of microalgae and PDT in CAM essays. In this thesis work, we present a study that explores how microalgae, PDT and the combination of these two change the vascularization of the CAM. Throughout this experiment, the photosensitizer that was used was methylene blue whilst the microalgae that was used was Chlamydomonas reinhardtii. In order to perform the quantitative measurements, an image analysis software allowed us to count the number of bifurcation points. Firstly, four groups were defined to study how the PDT at different days of embryonic development (EDD) might change blood vessel ramifications. These groups were defined as control, only light, only methylene blue and the PDT groups. It was found that after 24 hours, for EDD8, the ramifications for the PDT case dropped by 40% whilst for EDD10 they dropped by 60% with light at 630 nm with 30 mW/cm2 for 5 minutes. Second, it was explored how illuminated microalgae might possibly increase the vascular networks with the same light parameters. It was found that after 24 hours for EDD8 the network grew by 30% and for EDD10 it grew by 20%. Moreover, the combination of a photosensitizer and microalgae was studied to analyze if it might change the effectiveness of the PDT. It was found after 24 hours that for all the explored permutations for both EDD8 and EDD10 all the eggs were dead, showcasing the effect of an oxygen-enriched PDT. Given that the effect was way to strong, the methylene blue solution was diluted by a factor of x10 (0.03 mg of MB/mL) to see if this resulted in a measurable effect on the eggs for the combination case. Indeed, it was found that the decrease from the baseline ramification levels was 30% for the PDT and 60% for the oxygen enhanced PDT. The novel element of this work was that it was one of the first to explore the possibility of creating an oxygen-rich PDT in a CAM assay. This showed that it is possible to combine microalgae and a photosensitizer in a way that enhances the effectiveness of the PDT. This might translate into the possibility of employing this technique in an in-vivo trail with mice or other mammals to guarantee its safety. In conclusion, we found that illuminated photosynthetic microalgae raises the effectiveness of PDT in the vascular network of CAM assays.
A technique for natural gauge boson masses
(2020) Laporte, Cristóbal; Koch, Benjamin; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.In this work, a novel mechanism for spontaneous symmetry breaking is presented. This mechanism allows to avoid quadratic divergencies and is thus capable of addressing the hierarchy problem in gauge theories. Using the scale-dependent effective action Γk minimally coupled to a gravitational sector, variational parameter setting provides a mass and vacuum expectation value as a function of the constants arising in the low scale expansion of Newtons’ and cosmological couplings. A comparison with experimental data, such as the Higgs mass, allows putting restrictions on these constants. This generic approach allows comparing with explicit candidates for an effective field theory of gravity. As an example, we use the asymptotic safety scenario, where we find restrictions on the matter content of the theory.
Aplicación de Análisis Armónico Para la Estimación de los Autovalores del Laplaciano
Cádiz Carvajal, Rodrigo Esteban; Benguria Donoso, Rafael; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
En este trabajo se comienzan analizando dominios elípticos Ω para observar cómo se comportan dos conjeturas abiertas relacionando la distancia al origen de la variedad nula N(Ω) y el segundo autovalor del laplaciano de Dirichlet asociado a Ω. En este sentido, se encuentran expresiones analíticas para la variedad nula y para la distancia al origen k(Ω). A partir de lo anterior, se estudia cómo la excentricidad de las elipses influye en las conjeturas, en particular, cuando se consideran excentricidades cercanas a uno, donde se tienen resultados para grandes deformaciones de un disco. Como parte de este análisis, y para determinar los autovalores del laplaciano de Dirichlet, se estudia brevemente las propiedades del operador de Mathieu y su conexión con la ecuación de Schrödinger con potencial V(x)=4x^2, pero se da énfasis al análisis de la ecuación de Mathieu y la ecuación de Hill, donde se investigan las propiedades de las ecuaciones diferenciales periódicas. En esta misma línea, se cuenta con un estudio de las condiciones de borde del problema, y se implementa un programa en Python para determinar numéricamente los autovalores. En consecuencia, se obtiene información numérica que representa evidencia numérica fuerte que respalda la segunda conjetura. Para continuar, se estudia una extensión del estudio de las conjeturas a espacios de curvatura constante distinta de cero, donde destacan la n-esfera S^n, y el espacio hiperbólico H^n. Se encuentra que la compacidad de S^n no permite encontrar la variedad nula, y para esto es necesario estudiar el espacio H^n. En el estudio de H^n, se cuenta con una descripción de dos modelos de trabajo, para hacer énfasis en el modelo de la esfera de Poincaré, especializando para el caso n=3. En este espacio, se trabaja con una bola geodésica, donde se determina la variedad nula y el segundo autovalor de Laplace--Beltrami mediante el método de Shooting, para encontrar que se pierde la intuición acerca de cómo luce la segunda conjetura en este espacio, pudiendo escribirla de una forma modificada. Finalmente, se estudian perturbaciones de una esfera unitaria en R^3, donde se analizan tres casos de forma perturbativa, y se concluye que es necesario contar con un método de análisis alternativo para obtener información.
Asirunaka: Generador de Potencia Pulsada de Doble Pulso Dedicado a Plasmas de Explosión de Alambres y Formación de Nanopartículas
(2017) Masoliver Aguirre, Pavel; Bhuyan, Heman; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Atomic force microscopy study of elastic properties of vapor-phase-deposited lipid membranes
(2018) Catalán López, Rodrigo Esteban; Volkmann, Ulrich; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
In this work we present a study of phase transitions and their relation with the elastic properties of three phospholipid membranes, namely 1,2-dimyristoyl-snglycero-3-phosphocholine (DMPC), 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) and 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC). Samples were generated individually by physical-vapor-deposition of the lipid molecules mentioned over acid-cleaned polished silicon chips. The thickness of the samples were measured with Very High Resolution Ellipsometry. Average thickness are 60˚Athickness on average. The molecular consistency of the lipids were characterized using Raman spectroscopy. The Young’s modulus of the lipid membranes was obtained applying the Hertz model to data acquired with Atomic Force Microscopy in Quantitative Imaging feedback mode. Finally, the individual dependence of these lipids respect to temperature changes was used to detect the main gel-to fluid phase transition.The results in the present work show an expected softening of the lipid membranes just after the main phase transition, although the values of the elastic modulus found do not match the ones reported in the literature. However, the general trends correlate well with the ones found in other works. Nevertheless,systematic investigations using similar conditions as ours are still scarce.The acquisition of information related to the elastic properties and stability of the membranes is relevant for future works on protein insertion, and to understand the lipid membranes dependance on several other environmental conditions like changes in temperature, pH-dependence or ionic strength concentration.
Atrapamiento y análisis del movimiento de partículas dieléctricas mediante la técnica de pinzas ópticas
(2024) Moreno Martínez, Antonia Angélica; Maze Ríos, Jerónimo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Las pinzas ópticas son una innovadora técnica en el campo de la física experimental que ha permitido estudios en diferentes disciplinas. Este trabajo busca analizar el movimiento de partículas esféricas y dieléctricas atrapadas ópticamente en un sistema de agua con bajo número de Reynolds, mediante la adquisición de datos en tiempo real y el análisis numérico con herramientas tales como la correlación del desplazamiento y la densidad espectral de potencia.
Búsqueda de hidrógeno neutral HI en Voorwerpjes usando el radio interferómetro VLA
(2021) Zagal San Martín, Valentina; Treister, Ezequiel; Barcos Muñoz, Loreto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Astrofísica
El descubrimiento fortuito de una región altamente ionizada dominada principalmente por líneas de emisión de [OIII] cercana a la galaxia espiral IC 2497 bautizada como Hanny’s Voorwerp, incentivó una búsqueda de sistemas análogos desde el Proyecto Galaxy Zoo, es decir, galaxias con regiones de líneas de emisión extendidas (EELR) superior a los 10 kpc, denominadas como Voorwerpjes. Los espectros ópticos de estas peculiares galaxias, aluden a una ionización producida por la actividad pasada del AGN. Además, comparten la cualidad de ser sistemas generados por algún proceso de fusión, sugiriendo la presencia de grandes reservas de hidrógeno neutral HI extraplanar. Estas características sugieren que, para poder poder observar estas EELR es necesario que el cono de ionización entre en contacto con el gas neutral y ambos apunten en tal dirección, de manera que sean visibles desde nuestra línea de visión. La presente tesis estudia el hidrógeno neutral HI en 9 AGN bautizados como Voorwerpjes (0.0296 < z < 0.0547) utilizando las observaciones radio interferométricas obtenidas con la configuración más compacta (~1 km) del VLA entre 1 y 2 GHz. Estableciendo como finalidad la detección de la línea HI (o línea de 21 cm), la cual justifique naturalmente la presencia de estas regiones ionizadas en los alrededores de sus galaxias. Los mapas espectrales a ~1.5 GHz presentaron dos detecciones para la línea de 21 cm: una única emisión y absorción para las fuentes SDSS 1005 y SDSS 2201, respectivamente. El resto de la muestra no presenta detección espectral y el radio continuo de SDSS 1510 no fue detectado. La masa del gas neutral desde la emisión de HI es comparable con el gas neutro presente en el Hanny’s Voorwerp, como también con galaxias típicas, por ejemplo la Vía Láctea. Adicionalmente, la masa HI resultante desde los límites superiores son en promedio menores que el gas neutral en galaxias normales. En cuanto al valor de la columna de densidad desde la absorción, es comparable con los AGN que componen al Zoológico de Absorción HI. Por otro lado, la conversión de los radio continuo hacia la temperatura de brillo, está limitada por el rango de resolución recuperada desde el tipo de observación. No obstante, la comparación con el sondeo NVSS verifica el correcto procesamiento de los datos además de presentar una mejora del 33%. Finalmente, los Voorwerpjes serían AGN pobres en HI actualmente inactivos.
Búsqueda de soluciones singulares en tiempo finito de las ecuaciones de Euler para fluidos incompresibles y no viscosos
(2023) Martínez Argüello, Diego Fernando; Rica, Sergio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En el contexto del problema de la globalidad de las ecuaciones Euler (EE) para fluidos incompresibles e invíscidos, se presenta un procedimiento para obtener soluciones singulares en un tiempo finito tc y asintóticas en t → tc para las EE en 3D con simetría axial. La singularidad se induce con un ansatz autosimilar para la dependencia radio-temporal, caracterizado por un exponente autosimilar, ν, por encontrar. Junto con el uso de una expansión en el ángulo polar, las EE axisimétricas se transforman en un conjunto autónomo e infinito de ecuaciones diferenciales ordinarias para las amplitudes de la expansión. Este sistema dinámico se resuelve numéricamente para diferentes truncaturas, N, de la expansión ajustando el exponente ν según las condiciones de borde. Como resultado, las soluciones para diferentes N forman una secuencia convergente tanto en el exponente ν ≈ 2.0 como en las amplitudes autosimilares. Además, se muestra que las soluciones son estables, calculando aproximadamente su conjunto infinito de autovalores de inestabilidad y concluyendo que ν ≈ 2 es el único exponente estable para N → ∞. Esta secuencia convergente indica que existe una solución que resuelve el sistema dinámico exacto, para N → ∞, y el flujo asociado sería una solución singular en tiempo finito de las EE que sugiere su no-globalidad.
Cálculo de dosis mediante un esquema híbrido
(2020) Bustos Rosas, Javiera Paz; Dörner Yaksic, Edgardo Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
La simulación de Monte Carlo (MC) y el método de Convolución/Superposición pueden considerarse como los métodos de cálculo de dosis más precisos en radioterapia. Sin embargo, su eficacia aún requiere mejoras para muchas aplicaciones clínicas de rutina, esto debido a que los tiempos de cálculo pueden extenderse más de lo deseado. En este documento, se presenta una alternativa a los cálculos convencionales de MC para fotones y partículas secundarias, a este nuevo método lo llamaremos MCK, ya que combina las técnicas de Monte Carlo y el método de deposición de energía mediante Kernels. Mientras que el transporte de fotones se realiza mediante una simulación MC análoga, la deposición de energía por los electrones secundarios se lleva a cabo mediante un método de superposición, para el cual es necesaria la obtención de kernels de energía mediante métodos MC tradicionales. Dichos kernel son obtenidos mediante simulaciones MC convencionales, los cuales en vez de ser interpolados con el TERMA (manera convencional), éste se reemplaza por el muestreo aleatorio de la energía de la partícula, su dirección y punto de interacción, para luego en dicho punto obtener la deposición de dosis mediante la superposición de los kernel. Para validar el método propuesto se utiliza la plataforma ompMC, mediante dicha plataforma se obtienen los perfiles de dosis para fantomas de dimensiones 30x30x30 cm3 , se utiliza una fuente puntual de radiación isotrópica en el rango de 0.1 MeV a 6 MeV. Los cálculos se realizan para 108 historias para un fantoma homógeneo (H ´ 2O), uno heterogéneo (agua/hueso/agua), y uno de próstata. Al comparar ambos métodos, para el fantoma homogéneo, se obtiene una mejora en la eficiencia de un 17,49 %, significando así una mejora en el costo de la simulación.
Caracterización de cristales no lineales y su uso en la caracterización de pulsos ultracortos
(2022) Hidalgo Rojas, Diego Mauricio; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Los cristales no lineales se usan ampliamente en la óptica no lineal y en la caracterización de pulsos. Estos cristales no lineales suelen ser materiales birrefringentes, ya que su anisotropía óptica da mayor facilidad para obtener altas eficiencias en fenómenos como la conversión de armónicos, por ejemplo, generación del segundo armónico y del tercer armónico. Durante bastante tiempo se han estudiado y utilizado cristales inorgánicos u orgánicos, siendo los primeros los más comunes en el comercio. No obstante, existe un nuevo material que debido a su gran respuesta no lineal teórica es un buen candidato para ser un cristal no lineal ideal, capaz de ser ajustado en su composición para mejorar la eficiencia en ciertas longitudes de ondas, estos cristales son los “metal-organic framewroks” MOFs, los cuales son cristales híbridos que poseen en su estructura iones metálicos unidos con ligandos orgánicos. Los cristales no lineales se han utilizado en varios experimentos, uno de estos es la caracterización de pulsos ultracortos. Esto abrió un área que parecía estancada por la imposibilidad de obtener, desde la electrónica, la información completa de un pulso. Con los cristales no lineales se comienzan a utilizar fenómenos no lineales en diferentes métodos para obtener una señal y reconstruir el pulso en base a ésta, lo que se conoce como problema inverso. En esta tesis se muestran dos investigaciones relacionadas por el uso de cristales no lineales. Primero se estudia un MOF sintetizado en la Universidad de Santiago de Chile llamado Zn(3 − ptz)2. El tamaño de las muestras resultan ser mayores a 1 mm dando la posibilidad de estudiar tanto la birrefringencia como la generación del segundo armónico de manera precisa y sin métodos que utilicen polvos, esto es, estudiando muestra por muestra de manera individual. De esta forma fuimos capaces de caracterizar lineal y no linealmente el cristal, coincidiendo con varios resultados calculados teóricamente. Además, se muestra por primera vez en cinco años de estudios, la generación del tercer armónico en este cristal. La segunda investigación se basa en el uso de un cristal no lineal comercial en la caracterización de pulsos ultracortos con un método no interferométrico y usando un algoritmo directo, dando mayor rapidez en la obtención de los resultados, se reconstruyeron pulsos complejos generados con un “pulse shaper” obteniendo errores menores al 1 %. De esta forma, no solo hemos caracterizado un nuevo cristal no lineal de gran tamaño, si no que además hemos reconstruido pulsos utilizando un cristal no lineal comercial.
Caracterización de propiedades clásicas y cuánticas de pulsos de femtosegundos
(2017) Rojas Aedo, Ricardo; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
Este informe de tesis versa sobre propuestas hacia la caracterización de las propiedades clásicas y cuánticas de pulsos de femtosegundos, que en principio pueden ser expandidas a pocos pico segundosy a atto segundos, al menos en su sentido conceptual. El texto principalmente analizará en detalle el método de caracterización de propiedades clásicas de pulsos, basado en la mezcla no lineal de diferentes trenes pulsados, llamado FROG, reinterpretando el campo mezcla, desde una perspectiva clásica, donde se desarrolla una nueva técnica de caracterización analítica y no interferométrica llamada “VAMPIRE analítico” , y otra perspectiva cuántica, donde surge una propuesta para el análisis de las propiedades cuánticas internas de pulsos haciendo uso de esquemas tipo FROG . Por completitud en la última línea, además se comentará como generar estados cuánticos interesantes (no-coherentes), y los resultados obtenidos experimentalmente en el laboratorio, con pulsos de femtosegundos utilizando fibras ópticas.
Caracterización de X-pinches de cobre y su aplicación como fuente de rayos X para deflectometría Talbot-Lau.
(2020) Vescovi, Milenko; Veloso Espinosa, Felipe Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Se caracterizó espacial, temporal y espectralmente la emisión de rayos X proveniente de un X-pinch de 4 alambres de cobre de 25µm de diámetro en el generador Llampüdkeñ, con el fin de evaluar su uso como backlighter para deflectometría moiré-Talbot Lau. Se midió una fuente central de 50 − 150µm, con emisión significativa en el rango < 5keV. Por medio de un espectrómetro especialmente diseñado y construido para este trabajo, se determinó que la radiación en esta región corresponde principalmente a emisión continua. La fuente central, asociada al hotspot, tiene una menor emisión en el rango cercano a 8keV, correspondiente a emisión satélite K de iones tipo Li. En este rango de energías y en rayos X duros, la emisión dominante proviene del plasma ∼ 300 − 400µm sobre la fuente central, hacia el ánodo. Desde esta región se detectaron fuentes de tamaño milimétrico, posteriores a la emisión central y asociadas a haces de electrones acelerados a través del gap formado tras la primera emisión. Se midió emisión cercana a 8 − 8.3keV proveniente de una región de tamaño extendido en el espectrómetro, además de un intenso continuo en energías > 9keV. Se usó un deflectómetro Talbot-Lau de orden 1, optimizado para 8keV a 5 − 6cm del plasma, con un objeto de fase de prueba (placa de Be). Usando el X-pinch como fuente se obtuvieron patrones de franjas que permitieron estimar la densidad de la placa con una diferencia porcentual menor al 13 %. Se observa un contraste disminuido en los patrones moiré (< 18 %), posiblemente asociado a la emisión en un amplio espectro proveniente de las fuentes de mayor tamaño en el X-pinch. Se observó depósito de material, ruptura y curvatura en los filtros protectores del deflectómetro, lo que en general no afectó la toma de datos. No se observan efectos de campo magnético ni temperatura que afecten la formación del patrón final. Según los resultados, el X-pinch es una fuente útil para deflectometría Talbot-Lau en experimentos de potencia pulsada. Sin embargo es necesario optimizar el arreglo en cuanto a masa y material de los alambres, con el fin de asegurar resoluciones temporales y espaciales apropiadas para este tipo de experimentos. Parte de los resultados de este trabajo se encuentra en proceso de publicación[1].
Caracterización dosimétrica del irradiador preclínico X-RAD 320 e implementación en una herramienta de cálculo de dósis
(2021) Emiliani de la Torre, Luis Eduardo; Sánchez Nieto, Beatriz; Caprile Etchart, Paola F.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
El objetivo de esta tesis fue la caracterización dosimétrica del irradiador preclínico X-RAD 320 mediante simulaciones Monte Carlo (MC). Adicionalmente, se implementó una herramienta de cálculo de dosis basada en los resultados de las simulaciones. El método utilizado en esta tesis se basa en simulaciones MC con el código EGSnrc y la librería DOSXYZnrc, las simulaciones se llevan a cabo con una fuente puntual de radiación isotrópica a la cual se le asocia un espectro de energía, que en nuestro caso fue generado con SpekCalc con las características del irradiador preclínico X-RAD 320 (ángulo del tubo de rayos x de 30° y filtración inherente de 3 mm de Berilio). Dichas simulaciones se llevaron a cabo con las mismas condiciones de medición establecidas por Azimi (con una calidad de haz de 225 kVp, filtración de 0,35 mm Cu y un SSD = 50 cm). Se compararon las medidas de dosis relativa en profundidad, perfiles de dosis relativa y output factors realizadas por Azimi y las simulaciones MC calculadas en este trabajo para validar el método implementado. Luego se realizó la caracterización dosimétrica el irradiador preclínico para diferentes calidades de haz. Y por último se evaluaron las diferencias en la dosis para condiciones heterogéneas (corresponde a un fantoma de agua con una heterogeneidad de hueso o pulmón) y condiciones reales (corresponde a simulaciones en un fantoma de ratón heterogéneo y homogéneo para dos condiciones de irradiación) en comparación con la dosis en agua. Las congruencias de los resultados obtenidos para la dosis en profundidad, perfiles de dosis relativa y output factors para las simulaciones MC realizadas en este trabajo en comparación con las medidas realizadas por Azimi se pudo validar satisfactoriamente el método implementado. Se logró diseñar una herramienta de cálculo para la dosis (DOSAB) para campos cuadrados que utiliza las matrices de dosis de las simulaciones MC con ella se puede estimar la dosis para tamaños de campo entre 0,5 x 0,5 hasta 15 x 15 cm2 , para las calidades de haz simuladas. Según los resultados obtenidos en las condiciones heterogéneas y las condiciones reales se puede concluir que, si se utiliza DOSAB para estimar la dosis después del hueso, se tendrá una sobreestimación de la dosis, mientras que si se quiere estimar la dosis después del pulmón se tendrá una subestimación de la dosis, estos efectos dependen de la calidad del haz, tamaño y tipo de la heterogeneidad y del tamaño de campo.
Caracterización eléctrica de juntura de arreglos nanotubos de carbono de baja cristalinidad con silicio dopado tipo N
(2022) Cerda Villaseca, Daniel Andrés; Hevia, Samuel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
En este trabajo se estudian las propiedades de transporte eléctrico de un set de 3 dispositivos basados en arreglos altamente ordenados de nanotubos de carbono de baja cristalinidad (LC-CNTs) crecidos directamente sobre un sustrato de silicio dopado tipo N, mediante la utilización de alúmina nanoporosa como molde. Los nanotubos de carbono (CNTs) fueron sintetizados mediante depósito químico en fase vapor (CVD) dentro de los poros de las membranas de alúmina. Estas membranas, que cumplen el rol de molde y de otorgar estabilidad al sistema se fabricaron mediante la anodización controlada de una película de aluminio depositada directamente sobre el sustrato de Si. Dado que este método de fabricación permite un alto grado de control en las dimensiones de los LC-CNTs (largo, diámetro externo y espesor de pared), se definió realizar un estudio en función del espesor de pared del nanotubo, ya que es en esta variable en la que el transporte eléctronico presenta una fuerte dependencia. Se fabricaron tres dispositivos conteniendo LC-CNTs con espesores de pared promedio de 0.4, 0.7 y 1.1 nm. Para llevar a cabo el estudio, se depositó un contacto de oro en la parte superior de los LC-CNTs, con la finalidad de tener un contacto eléctrico apropiado. Luego, se midió la curva de corriente eléctrica en función del voltaje aplicado a diferentes temperaturas, en el rango de 20 a 300 K y en condiciones de alto vacío y oscuridad. De acuerdo a lo observado en las mediciones, los dispositivos mostraron un comportamiento tipo rectificador, lo cual se atribuye principalmente a la existencia de una juntura tipo Schottky entre los LC-CNTs y el silicio. Los LC-CNTs no han sido estudiados exhaustivamente, a diferencia de los CNTs de pared simple o múltiple, por lo que uno de los objetivos de este trabajo es estudiar el comportamiento eléctrico de los LC-CNTs en este tipo de junturas. Una juntura tipo Schottky es un caso particular de una juntura entre un metal y un semiconductor, en la cual la corriente a través de esta es modelada usualmente mediante el modelo de emisión termoiónica, pero también se deben tener en cuenta el modelo de recombinación en la región espacial de carga y el mecanismo de tunneling. En este trabajo se utilizó el modelo de emisión termoiónica y adicionalmente se llevo a cabo un modelo circuital para ajustar teóricamente los datos experimentales. Si bien se observó un comportamiento rectificador en las mediciones, este no era puro, ya que para los regímenes de polarización directa e inversa el comportamiento de la curva de corriente versus voltaje era lineal. En base a esto, se requería parámetros adicionales al modelo que se justifican con el modelo circuital utilizado. Una vez agregados dichos parámetros, los resultados obtenidos reflejaron que los tres dispositivos ajustan al modelo de emisión termoiónica en un rango determinado de temperatura. Los parámetros del modelo permitieron estudiar los dispositivos en un amplio rango de temperatura y permitieron obtener información sustancial de los LC-CNTs. Al saber de un trabajo previo que el contacto entre el oro y los LC-CNTs es óhmico, se logró determinar que adicionalmente el contacto entre el silicio y los LC-CNTs también lo es. Adicionalmente se logró estudiar la conductividad de los LC-CNTs en función de la temperatura, en donde el dispositivo con menor espesor de pared ajustó con el transporte eléctrico por Hopping de rango variable, mientras que los de mayor espesor de pared no. Debido a lo anterior y tomando en cuenta un trabajo previo realizado en el laboratorio, se propuso la existencia de un mecanismo en paralelo que justificara el transporte eléctrico de los dispositivos de mayor espesor de pared. Dicho mecanismo estuvo dado por la teoría de Bloch-Grüneisen, en donde se logró determinar que el transporte eléctrico de dichos dispositivos posee una contribución metálica. Finalmente, al analizar los parámetros del modelo se concluyó que a medida que baja la temperatura, el modelo de emisión termoiónica tiende a desaparecer, es decir, que ya no ajusta correctamente a las mediciones. En particular se observa que el voltaje de barrera presente en la juntura entre los LC-CNTs y el silicio disminuye con la temperatura. Entonces, dado que el transporte de electrones mediante emisión termoiónica es un proceso de activación térmica, los electrones a baja temperatura sólo pueden superar barreras energéticas de menor valor. Esto, a través de tunneling o recombinación, ya que la energía que poseen los electrones no les permite estar en la banda de conducción que es donde se lleva a cabo la emisión termoiónica.
Categorisation of dark photon jets using machine learning techniques
(2023) Haacke Concha, Michael; Garay Walls, Francisca; Olivares Pino, Sebastián Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
This thesis presents a search for Dark Photons decaying into two Hidden Lightest Stable Particles (HLSP) and fermions or light hadrons using ATLAS experiment data from the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV, with an integrated luminosity of 139.0 fb^-1. This study looks to discriminate the dark photon signal produced by a vector-boson-fusion Higgs from all backgrounds using various machine learning techniques. Among the methods tested, XGBoost emerged as the most effective, achieving a MC simulated significance of 5.88 standard deviations. This marked a substantial 22.5% improvement compared to the standard VBF analysis.
Characterization of ferromagnetic and antiferromagnetic systems using nitrogen-vacancy center relaxometry
(2024) Cabezón Heitzer, Ricardo Javier; Rodríguez Suárez, Roberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
Relaxometry with nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond is an innovative and non-invasive technique that has been increasingly used for characterizing magnetic materials. Because of their exceptional quantum coherence and capability to be manipulated optically, it is possible to measure their relaxation time and, from this quantity, probe physical characteristics of the environment. This technique is the so-called called relaxometry. During the last few years, NV centers have been used for measuring magnetic properties in ferromagnetic materials, and a few times for antiferromagnetic systems with easy-axis anisotropy.In this work, we develop a complete theoretical description of NV center relaxometry for several types of magnetic materials (ferromagnetic and antiferromagnetic systems), we indicate what physical parameters can be measured in each situation, when this technique will experimentally work, and how it depends on the sample anisotropy. We found that relaxation rates using ferromagnetic systems peak at certain values of the external magnetic field, where both NV center and sample resonate simultaneously, something that does not happen when using antiferromagnets because of their high resonance frequency. In this way, NV center relaxometry allows us to extract information about the spin waves of the system. Finally, we discuss prospects to non-intrusively probe magnetic properties and phase transitions in ferrimagnetic systems, in triangular-lattice antiferromagnets, such as Cs2CuCl4 and in 2D materials.
Characterization of the ionizing radiation emission of a plasma focus device
(2018) Díaz Contreras, Daniela Alejandra; Caprile Etchart, Paola F.; Moreno Martínez, José; Schwahofer, Andrea; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
The PF2kJ plasma focus device was studied as a pulsed source of x-rays neutron radiation. X-rays are emitted during the focalization process of the plasma if the device is operated using hydrogen as the filling gas. Fusion reactions can be obtained if deuterium gas is used, with the consequent emission of fast neutrons. The x-ray emission is characterized by spatial distribution measurements by using TLD100 dosimeters and radiochromic films, the linearity of the output, as well as the effective energy of the x-ray radiation by measuring transmission through different aluminum thicknesses. A low effective energy of 7.5 keV is estimated. The variation of the intensity of the emission in distance and the assessment of the radiation levels which a device operator may be exposed are also included as part of the x-ray emission characterization study. Personal equivalent dose value of 2.8 mSv/year is estimated in a normal regime of the device operation. This level is not harmful based on ICRP recommendations. Fast neutron fluence of the order of 105n/cm2per shot in 4π sr is estimated by means of 3He proportional detector, and preliminary measurements are performed by using pairs of TLD 600 and TLD 700 dosimeters.

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